7第四章 汽车新技术简介

第四章汽车新技术简介第一节概述▲一、计算机实现对汽车的全面控制▲二、汽车广泛应用的新型材料▲三、新能源在汽车上的应用▲第二节汽车电控基础知识▲一、信号采集及输入装置▲二、信号处理及控制装置▲三、信号指令及执行装置▲第三节汽车电控系统▲一、汽油机电子燃油喷射系统▲二、汽车电子防抱死制动系统▲三、安全气囊系统▲第四节汽车自动变速器▲一、自动变速器概述▲二、自动变速器构造、工作原理及使用要点▲第一节概述随着现代科学技术的发展，汽车工业也发生了巨大的变化，新技术，新结构、新工艺、新材料、新能源在汽车上得到广泛应用。汽车已由过去的以机为主、以电为辅的传统的运输设备，发展到机械、液压、电气及电子并重、高度电气化及自动化的一代新型交通工具。专用的计算机实现了对汽车的全面控制，汽车工业已进入了电子技术广泛应用于汽车的电子时代。一、计算机实现对汽车的全面控制现代汽车已由计算机对其实现全面的控制，主要内容包括：1、发动机控制系统①电控燃油喷射（EFI）：控制燃油喷射的数量和时间；②电控点火系ESA(ElectronicSparkAdwance)：控制点火的时刻和周期；③怠速控制ISC(IdleSpeedControl)：控制怠速油量；④进气控制：控制进气量；⑤排放控制：根据不同工况控制排放的质量；⑥增压控制：控制增压比例，克服爆燃；⑦故障自诊断：自动显示故障码发出报警信息；⑧失效保护：电控失效时，起动普通工作模式；⑨备用系统：设有备用系统，一套系统失效后，备用系统起动运行；2、底盘控制系统①自动变速器控制系统：实现自动控制变换相应的档位；②防滑差速器（ASD）与加速防滑系统（ASR）：自动控制汽车差速行驶，提高车辆牵引能力；③牵引力控制（TRC）：④制动防抱死控制（ABS）：自动实现最佳制动，提高汽车的制动能力及制动中的操纵稳定性；⑤电控悬架系统（TEMS）：提高汽车的行驶平顺性及动力性及舒适性；⑥定速控制系统：减轻驾驶人员的劳动强度，提高舒适性；⑦动力转向车速感应稳定系统：提高车辆行驶稳定性，避免车辆产生侧滑或翻倾；3、安全保证及报警系统①安全气囊防碰撞系统（SRS）：提高汽车的被动安全性；②防盗窃控制系统：③倒车监视系统：改善驾驶条件，提高汽车的操纵性；④雷达鉴控定距系统：改善驾驶条件，提高汽车的行驶安全性；4、辅助装置控制系统①门窗控制系统②坐椅调节系统③自动空调系统④汽车音响及通讯系统二、汽车工业广泛应用的新型材料除常规的钢铁及金属材料外，汽车上已经广泛应用了多种新型的工程材料，降低了汽车的自重，提高了汽车的可靠性、燃油经济性，并且改善了汽车的制造工艺及加工成本。1、铝合金材料：广泛应用于汽车发动机、车身附件、装饰板、蒙皮板、机件壳体等零、部件。2、工程塑料：广泛应用于汽车发动机、底盘及车身附件、内装饰件。3、合成橡胶：广泛应用于汽车轮胎、液压系统的密封件及起减震缓冲作用的零、部件。4、陶瓷材料：利用其耐磨性及耐高温性，用于制造发动机的活塞及燃烧室相应的零、部件。三、新能源在汽车上的应用1、新型有机燃料的开发与应用为减小大气污染、改善生态环境，除不断地改进传统的以石油为燃料的内燃机，使其提高燃烧效率，减小尾气排放外，新型的有机燃料也在不断地开发和广泛地应用于汽车业，如：酒精、煤气、天然气等，特别是天然气，由于其天然储量丰富、燃烧热值高、利于发动机的充分燃烧，目前得到了广泛的应用。2、电动汽车日趋成熟蓄电池的性能不断地得到改善和提高，燃料电池向纵深研究使其技术日趋成熟，电动汽车技术正逐步推广，主要表现在续行里程进一步加大，已超过一百公里；最高时速也不断地提高，已达到每小时180公里以上，为彻底解决汽车排放问题开辟了新的道路。3、内燃动力与电气动力相结合的新车型进一步改善了汽车的动力性及经济性内燃机与电动机相结合的新型底盘，使汽车实现上坡时由内燃机及电动机共同驱动；而下坡运行时，则可在关闭内燃机的同时将电动机转变成发电机，回收汽车的下坡能量并存储起来，从而进一步改善了汽车的动力性及经济性。汽车的燃料电池简介早在1839年，英国人W.Grove就提出了氢和氧反应可以发电的原理，这就是最早的氢-氧燃料电池(FC)。但直到20世纪60年代初，由于航天和国防的需要，才开发了液氢和液氧的小型燃料电池，应用于空间飞行和潜水艇。近二三十年来，由于一次能源的匮乏和环境保护的突出，要求开发利用新的清洁再生能源。燃料电池由于具有能量转换效率高、对环境污染小等优点而受到世界各国的普遍重视。美国矿物能源部长助理克.西格尔说：“燃料电池技术在21世纪上半叶在技术上的冲击影响，会类似于20世纪上半叶内燃机所起的作用。”福特汽车公司主管PNGV经理鲍伯.默尔称，燃料电池必会给汽车动力带来一场革命，燃料电池是唯一同时兼备无污染、高效率、适用广、无噪声和具有连续工作和积木化的动力装置。预期燃料电池会在国防和民用的电力、汽车、通信等多领域发挥重要作用。美国ArthurD.Little公司最新估计，2000年燃料电池在能源系统市场将提供1500～2000MW动力，价值超过30亿美元，车辆市场将超过20亿美元；2007年燃料电池在运输方面的商业价值将达到90亿美元。质子交换膜燃料电池原理其工作原理是：从正极处的氢气中抽取电子（氢气被电化学氧化掉，或称“燃烧掉了”）。这些负电子流到导电的正极，同时，余下的正原子（氢离子）通过电解液被送到负极。在负极，氢离子与氧气发生反应并从负极吸收电子。这一反应的产品是电流、热量和水。质子交换膜燃料电池特点质子交换膜燃料电池以磺酸型质子交换膜为固体电解质,无电解质腐蚀问题，能量转换效率高，无污染，可室温快速启动。质子交换膜燃料电池在固定电站、电动车、军用特种电源、可移动电源等方面都有广阔的应用前景，尤其是电动车的最佳驱动电源。它已成功地用于载人的公共汽车和奔驰轿车上。当前科技发展状况：燃料电池工程中心制备和小批量生产PEMFC的Pt/C、Pt-Ru/C电催化剂、电极、膜电极三合一(EMAS)和电池双极板等关键组件；研制和生产各种规格的电池组；进行PEMFC电动车装车试验并研制以PEMFC为动力的电动车发动机。已掌握了一系列PEMFC的关键技术，申请了十四项国家发明专利。成功地研制出100W～5KW的各种规格的电池组,电池额定输出功率密度≥0.35W/cm2。目前千瓦级PEMFC技术已经成熟，具备了商业开发的条件，同时在质子交换膜燃料电池氢源开发方面取得了重大进展。质子交换膜燃料电池外形固体氧化物燃料电池固体氧化物燃料电池采用固体氧化物作为电解质，除了高效，环境友好的特点外，它无材料腐蚀和电解液腐蚀等问题；在高的工作温度下电池排出的高质量余热可以充分利用，使其综合效率可由50%提高到70%以上;它的燃料适用范围广，不仅能用H2，还可直接用CO、天然气（甲烷）、煤汽化气，碳氢化合物、NH3、H2S等作燃料。这类电池最适合于分散和集中发电。第二节汽车电控基础知识简介汽车是一个综合复杂的计算机控制系统，该系统由若干相对独立、又具有一定联系的子系统组成。但从逻辑结构来看，各子系统基本结构类似，其均由信号采集及输入装置、信号处理及控制输出装置及信号指令执行装置组成。一、信号采集及输入装置汽车的信号采集及输入装置的基本作用是感知汽车瞬时的技术状态参数及驾驶人员的操作意志和指令，并把这些信息及时准确地传递到信号处理及控制输出装置，该装置也称为电子控制单元（ECU）；汽车的信号采集及输入装置主要包括两类：传感器及控制开关。1、传感器传感器是将各种非电量信号，如压力、温度、转速、流量、位移等，转变为相应的电信号的装置。汽车上常用的传感器有：进气压力传感器、水温传感器、转速传感器、空气流量传感器、节气门位置传感器等，其主要作用是及时准确地感知汽车的技术状态，将非电量信号经转换后，把相应的电信号传输到信号处理装置，进行处理。2、控制开关控制开关主要是感知驾驶人员的操作意志和指令信号的装置。汽车上常用的控制开关有：刹车信号开关（含手刹及脚刹）、档位开关（含空档及倒档或前进档）、点火开关及起动开关、动力模式选择开关、转向开关、车灯开关及空调开关等。二、信号处理及控制装置（电子控制单元ECU）1、信号处理及控制装置（ECU）的基本功用①接收信息：接收传感器及控制开关的输入信号，并将该信号进行预处理，为后续对信号的利用作准备；同时为传感器的正常工作提供基准电压和测试条件。②存储信息：存储汽车的相关信息和参数及运算的中间数据和运算程序与参考依据。③运算分析：根据测试数据及存储信息进行运算分析，得出决策指令。④输出指令：将决策指令经过数模转换及放大处理，转换为汽车执行器可接受的指令信息并输出到相应各执行器，包括自身修正及故障显示。2、信号处理及控制装置（电控单元ECU）的组成①输入回路：基本作用是接收输入信号并进行滤波及整形处理。②模／数转换器（A／D转换器）：其作用是将接收到的传感器的模拟信号转换为数字信号，以便微机进行处理。③微机：其主要作用是按预置的程序对接收到的信息数据及时计算处理，并根据处理结果发出对汽车的控制信号送往输出回路。微机主要由中央处理器（CPU）、存储器及输入输出器组成。④输出回路：其主要作用是将微机发出的较弱的信号转换为执行器所能接收的较强的执行信号和指令，包括重新将数字信号转换为模拟信号。三、信号指令执行装置（执行器）信号指令执行装置的基本功用是接受信号处理及控制装置（ECU）的指令信号，并按照信号指令的要求具体实现对汽车的控制功能，该装置是控制汽车正常运行的最基础的部件，一般由电器及机械部件的组合体构成。由于对汽车的控制是复杂的、多方面的，所以信号指令执行装置也是多种多样的，具体应由汽车的设计水平来决定。一般现代的电喷汽车均设有燃油控制器、点火控制器、冷起动控制器、怠速控制器等装置，通过这些装置实现对燃油喷射、点火时刻、冷起动及怠速下运转的调整和控制的具体执行。第三节汽车主要电控系统1、MPI（MultiPointInjectionSystem）电喷系统（EFI）的组成电子控制汽油喷射系统（EFI）主要由汽油供给系统、空气供给系统及电子控制系统组成。①汽油供给系统主要由电动汽油泵18、油压调节器7、燃料输送管4及汽油喷射器3组成；汽油经汽油泵18压入油路后，受到油压调节器7的控制，将多余的汽油直接泄回油箱，并将管路4中的油压稳定在一个固定数值（262kpa）左右，然后通过喷射器3按发动机工况喷入进气歧管。②空气供给系统主要由空气滤清器、空气流量计9、节气门体11、气压传感器1及怠速控制伐等部件组成；空气经滤清后，由空气流量计9计量其流量后通过节气门体11及进气歧管，分别进入各气缸；发动机在怠速下运转时，节气门关闭，空气由怠速控制伐控制进入气缸。③电子控制系统主要由电控单元12、加速传感器10、氧传感器17、曲轴转速传感器16、控制开关5、废气循环控制器2、曲轴基准位置传感器8、水温传感器14及顶置点火线圈6等部件组成；其中电控单元12是核心部件，其通过对传感器及控制开关传送的车况信息的判断，发出指令到执行器：汽油喷射器3、废气循环控制器2、怠速控制伐等部件，实现对发动机相应工况的科学控制。1-气压传感器、2-废气循环控制器、3-汽油喷射器、4-燃料输送管、5-控制开关、6-顶置点火线圈、7-油压调节器、8-曲轴基准位置传感器、9-空气流量计、10-加速度传感器、11-节气门体、12-电控单元、13-空转速度控制伐、14-水温传感器、15-爆振传感器、16-曲轴转速传感器、17-氧传感器、18-汽油泵、19-空气伐2、电喷系统（EFI）对燃油喷射量的控制一般电喷系统对喷油量的控制分为基本喷射量和补充喷射量来实现的；①基本喷射量：维持发动机运转的基本喷射量是由电控单元（ECU）根据发动机转速信号（由曲轴转速传感器16或由点火线圈6根据点火次数测得）和发动机负荷信号（由空气流量计9和节气门位置传感器11测得）进行决策控制汽油喷射器3供给的油量。②补充喷射量：发动机电控单元（ECU）根据发动机特定的具体情况，供给发动机额外的喷射量称为补充喷射量；其